3.1. Tổng hợp và đặc trưng tính chất của nano silica mang ức chế ăn mòn hữu cơ
3.1.1. Tổng hợp nano silica biến tính bằng PEI
Nano silica được biến tính bằng PEI. Hình thái, cấu trúc hạt SiO2 và SiO2-PEI được phân tích bằng phổ hồng ngoại và kính hiển vi điện tử quét. Hàm lượng PEI trong SiO2-PEI được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt.
+ Phổ hồng ngoại
Cấu trúc của SiO2, SiO2-PEI được phân tích trước hết bằng phổ hồng ngoại. Phổ hồng ngoại của SiO2, SiO2-PEI được trình bày trên hình 3.1 và các pic đặc trưng được trình bày trên bảng 3.1.
26
27
Bảng 3.1: Các pic đặc trưng và liên kết tương ứng của SiO2, PEI, SiO2-PEI
SiO2 (cm-1 ) PEI (cm-1 ) SiO2-PEI (cm-1 ) Liên kết 3459 3459 3454 -OH 2946, 2844 2960, 2846 CH2 1639 1638 -NH 1638 1638 -OH của H2O 1471 1475 CH2 1113 C-NH 1094 1085 Si-O-Si 967 Si-OH 798 792 OH (silanol) 466 463 Si-O
Phổ hồng ngoại của nano silica có các pic hấp phụ tại 1094 cm-1 và 466 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-O-Si. Các pic tại 967 cm-1và 798 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-OH của nanosilica. Ngoài ra, ta thấy một pic hấp phụ mạnh ở 3437cm-1 đặc trưng cho liên kết OH, sự có mặt của phân tử H2O có thể thấy rõ tại pic hấp phụ 1639 cm-1.
Phổ hồng ngoại của PEI có các pic tại 2946 cm-1 và 2844 cm-1 đặc trưng cho nhóm CH2, pic tại 1639 cm-1 đặc trưng cho nhóm –NH và pic tại 1113 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-NH.
Ta thấy SiO2-PEI có các pic tại 1085 cm-1 và 463 cm-1đặc trưng cho liên kết Si-O của nano SiO2. Bên cạnh đó, SiO2-PEI có các pic đặc trưng cho nhóm CH2 tại
28
2960 cm-1, 2846 cm-1 và 1475 cm-1 của PEI. Điều này cho thấy PEI đã hấp phụ lên bề mặt nanosilica. Ngoài ra, phổ hồng ngoại của SiO2-PEI có pic đặc trưng cho liên kết Si-O tại 1085 cm-1, dịch đi so với pic này của SiO2 và pic tại 967 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-OH không xuất hiện trên phổ của nano SiO2-PEI. Điều này có thể giải thích do liên kết của PEI với nanosilica.
+ Ảnh kính hiển vi điện tử quét
Hình thái cấu trúc của SiO2-PEI được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét (hình 3.2). Ảnh kính hiển vi điện tử quét cho thấy nano SiO2 và SiO2-PEI đều có cấu trúc dạng cầu. Kích thước của nano SiO2 trong khoảng 10-15nm và các hạt nano SiO2-PEI có kích thước trong khoảng 15-20 nm, lớn hơn nano SiO2. Sự tăng kích thước hạt của nano SiO2-PEI thể hiện sự bám PEI lên bề mặt nano SiO2.
(b)
50 nm
(a)
50 nm
Hình 3.2: Ảnh kính hiển vi điện tử quét của nano SiO2 (a) và nano SiO2-PEI (b)
+ Phân tích nhiệt
Giản đồ phân tích nhiệt của nano SiO2 và nano SiO2-PEI được trình bày trên hình 3.3. và 3.4.
29
Hình 3.3: Giản đồ phân tích nhiệt của SiO2
30
Giản đồ TGA của SiO2 có 1 nấc giảm khối lượng mạnh ở khoảng 83,60C với mức giảm khối lượng 11,51% đặc trưng cho quá trình mất nước hấp phụ trên bề mặt silica. Ở khoảng 300-6000C có sự giảm khối lượng 4,38% đặc trưng cho sự mất nhóm –OH. Giản đồ TGA của SiO2-PEI có 2 nấc giảm khối lượng. Nấc 1 giảm khối lượng 10,38% ở khoảng nhiệt độ 94.70C đặc trưng cho quá trình mất nước bề mặt. Nấc 2, ở khoảng 200-7000C có sự giảm khối lượng 13,68% đặc trưng cho sự phân huỷ chất hữu cơ trên bề mặt nanosilica và sự mất nhóm -OH. Kết quả phân tích TGA cho thấy PEI đã phủ lên bề mặt hạt nanosilica với hàm lượng 9,3%. Nano SiO2-PEI được sử dụng để hấp phụ ức chế ăn mòn ABA và BTSA trong các nghiên cứu tiếp theo.
3.1.2. Tổng hợp nanosilica biến tính bằng PEI và ABA
Nanosilica bọc PEI (SiO2-PEI) được hấp phụ ABA (SiO2-PEI-ABA) được phân tích bằng phổ hồng ngoại và kính hiển vi điện tử quét. Hàm lượng PEI trong SiO2-PEI-ABA được xác định bằng phương pháp phân tích nhiệt.
+ Phổ hồng ngoại
Phổ hồng ngoại của SiO2-PEI, ABA, SiO2-PEI-ABA được trình bày trên hình 3.5 và các pic đặc trưng được trình bày trên bảng 3.2.
31
32
Bảng 3.2: Các pic đặc trưng và liên kết tương ứng của SiO2-PEI, ABA, SiO2-PEI-ABA
SiO2-PEI (cm-1 )
ABA (cm-1) SiO2-PEI-ABA
(cm-1 ) Liên kết 3454 3386 3451 -OH 2960, 2846 2520, 2490 2916, 2852 CH2 1622 1636 -NH C=O 1638 1636 -OH của H2O 1513 1513 C=C -COO- 1475 1447 1458 CH2 1387 1385 C=O 1293 1305 C-NH 1085 1084 Si-O-Si 819, 770 CH (vòng benzen thế 1,2,4) 792 787 OH (silanol) 463 436 Si-O
Phổ hồng ngoại của ABA có các pic tại 3386 cm-1đặc trưng cho nhóm OH, các pic tại 2520 cm-1, 2490 cm-1 và 1447 cm-1 đặc trưng cho nhóm CH2. Ngoài ra ABA còn có pic tại 1387 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O, pic tại 1513 cm-1 đặc trưng cho
33
liên kết C=C trong vòng benzene và của nhóm cacboxylic, pic tại 1293 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-NH. Nhìn vào phổ hồng ngoại của ABA ta thấy pic tại 1622 cm-1 có cường độ mạnh đặc trưng cho liên kết nhóm amin. Phổ hồng ngoại của ABA còn có pic tại 819 cm-1 và 770 cm-1 đặc trưng cho dao động biến dạng C-H ở vòng benzene thế 1,2,4-tri.
Phổ hồng ngoại của SiO2-PEI-ABA có các pic tại 3451 cm-1 đặc trưng cho nhóm OH, các pic tại 2916 cm-1, 2852 cm-1 và 1458 cm-1 đặc trưng cho nhóm CH2. Bên cạnh đó SiO2-PEI-ABA còn có các pic tại 1636cm-1 đặc trưng cho liên kết N-H, pic tại 1513cm-1 đặc trưng cho liên kết C=C, pic tại 1385 cm-1 đặc trưng cho liên kết C=O, pic tại 1305 cm-1 đặc trưng cho liên kết C-NH của ABA. Mặt khác trong phổ hồng ngoại SiO2-PEI-ABA còn có các pic tại 1084 cm-1 và 463 cm-1 đặc trưng cho liên kết Si-O của nanosilica. Từ kết quả trên cho thấy, phổ hồng ngoại của nano SiO2-PEI-ABA có các pic đặc trưng của ABA và của SiO2-PEI. Điều này cho thấy ABA đã hấp phụ lên SiO2-PEI.
+ Ảnh kính hiển vi điện tử quét
Hình thái cấu trúc của SiO2-PEI-ABA được quan sát bằng kính hiển vi điện tử quét. Ảnh SEM của SiO2-PEI và SiO2-PEI-ABA được trình bày trên hình 3.6.
34